. 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
优化后的结构应解决其工艺实现的可行性问题。图 8描述了目前正在开展的课题的研究结果 ,将复合材料优化后板的铺层通过 CAD软件 ,实现铺层自动化。
图 8 复合材料板优化后铺层通过软件系统实现自剪裁 Fig1 8 Auto2lamination software for composite ma2 terial panel tailor
(6)采用先进复合材料制造技术的设计
目前在复合材料结构中广泛采用适应复合材料的新技术 ,这样在结构设计中也要考虑采取适当的设计考虑。下面给出几种常用的新制造技术。
①共固化技术。复合材料采用这一技术可以大大减少零件数量和装配连接的工作量 ,在重量、成本上也带来好处。对于采用共固化的结构设计应考虑到共固化的工艺可行性和经济性。
② R TM树脂基转移技术。采用这种技术的结构可以实现先编制后成形的制造过程。这样有利于制造十分复杂的三维曲面零件 ,提高结构的抗冲击损伤能力 ,但要保证这种结构有高承载能力 ,必须在设计上采取措施 ,以保证注塑工艺性好。对于该工艺所需较高价格的模具所带来的成本问题 ,也应予以考虑。
③RFI树脂膜熔渗成形方法和 R TM有类似之处 ,但是其对模具的要求较低 ,给成本带来好处。但是该结构也可采取铺层和缝纫的方法 ,这样在一些双曲面的结构 ,如 A380飞机机身后增压框在采用这种工艺方法制造时 ,设计中采用了只有 0°和 ± 45°的“无皱褶”铺层方式。最后成功地用 RFI成型了双曲面的框结构 (见图 9)。
41 2 金属结构技术的发展
复合材料在飞机结构中的应用越来越广泛情况下 ,金属结构的设计技术也在不断发展。空客 A380飞机就体现了这一点。
图 9 共固化成型的波音 787复合材料机身壁板结构和
用无皱布通过
RFI成型的 A380机身后增压框 [10 ] Fig1 9 Co2cure body structure for Boeing 787 and resin
film infusion (RFI) with non2crimped fabrics for
A380 rear pressure bulkhead[10]
(1)高强度铝合金焊接结构的首次大面积应用
在 A380机身的壁板首次采用了高强度铝合金 6056 (7075系列 )激光束焊设计。该结构形式可以省去加筋条用于与蒙皮连接的弯边 ,可以减轻 5%～10 %的结构重量 ,同时也提高了机身结构的密封性能 ,而且比传统的铆接连接法速度更快 ,每分钟可用激光束焊接 8m长的桁条。这种方法包括了一个内置的自动检测单元。在焊后的结构上进行测定疲劳和损伤容限的特性。检验已证实它具有常规的合金结构设计需要的性能。这种技术的优势之一是取消了紧固件 ,从而消除了腐蚀和疲劳裂纹的主要来源之一。
鉴于激光焊接结构在焊缝处出现的局部退火现象和焊接对材料的疲劳性能的降低 ,A380飞机将该结构形式用于机身的受压面。为了该技术的应用 ,空客公司曾进行了激光焊接结构的大量疲劳断裂的力学特性的研究 ,以确保该结构能够安全的在飞机上使用。
(2)混杂结构的应用
在空客 A380飞机的襟翼滑轨上采用了“混杂结构” (图 10)。其特点是将复合材料、钛合金、钢和铝合金等多种材料混杂地应用在一个飞机的结构上。主要优点是在不同的受力部位可以充分利用各种材料的特点和优势 ,有效减轻结构重量 ,
同时提高结构的耐用性 ,如钛合金用于滑轨面 ,可以提高结构耐磨性。该技术的应用 ,要解决以下问题 :①不同材料间的电化腐蚀问题。 ②不同材料应力应变不协调问题。例如钢比铝合金的模量高 3倍 ,强度也高 3倍 ,所以混杂使用时可以协调的承载。但钛合金的模量是铝合金的 11 3倍 ,但
. 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
强度是其 3倍左右 ,两种材料简单的混杂使用时 ,必然造成铝合金不能充分承载。
图 10 空客 A380飞机襟翼滑轨采用的混杂结构技术 [10 ] Fig1 10 Hybrid materials flap track for A380[10]
(3)与新工艺结合的其他结构技术
在 A380飞机的金属结构上还采用了以下的新技术 :高强度铝合金的时效成型技术。在 A380飞机机翼的受压下壁板 ,采用了高强度铝合金 (7075系列 )的时效成型 ,即在 150℃情况下 ,壁板在模具上 ,经过 24 h的蠕变成型。其关键技术是准确地计算出壁板的回弹量 ,在模具设计中给予补偿。这种方法可以消除壁板成型过程中的内应力 ,有利于结构的疲劳特性。同时 ,该方法也可以节省加工成本和提高成型精度。 A380飞机只用这种成型方法去成型受压结构的壁板。该机翼的受拉壁板还是采用喷丸成型方法 ,因为通过喷丸 ,可以提高受拉壁板的疲劳特性。
空客飞机的机翼从 A300开始就采用自动压铆技术。即在机翼壁板与加筋条连接中 ,利用数控定位进行全自动的铆接。该设备实现采用无排削的钻孔技术、无头铆钉的双面成型钉头的铆接、铣切掉外表面钉头一次完成。在 A380飞机机翼的连接上 ,进一步采用了电磁铆接代替了以前的机械压铆 ,同时采用了一套依靠铆接参数确定铆接质量的软件系统。使得百万量级的铆接可以自动进行质量控制。空客飞机的机翼的全部采用钛合金螺栓 ,替代了所有的钢螺栓。其中 80 %采用的是过盈螺栓 ,以提高结构的抗疲劳特性。
中国航空网 www.aero.cn
航空翻译 www.aviation.cn
本文链接地址：航空学报08大飞机专刊(98)
